KR102377172B1 - 스웰링현상이 감지 및 대응되는 배터리 시스템 및 방법 - Google Patents

스웰링현상이 감지 및 대응되는 배터리 시스템 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR102377172B1
KR102377172B1 KR1020210133144A KR20210133144A KR102377172B1 KR 102377172 B1 KR102377172 B1 KR 102377172B1 KR 1020210133144 A KR1020210133144 A KR 1020210133144A KR 20210133144 A KR20210133144 A KR 20210133144A KR 102377172 B1 KR102377172 B1 KR 102377172B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
battery
signal
cmc
strain gauge
bms
Prior art date
Application number
KR1020210133144A
Other languages
English (en)
Inventor
전종환
김태경
Original Assignee
주식회사 서연이화
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 서연이화 filed Critical 주식회사 서연이화
Priority to KR1020210133144A priority Critical patent/KR102377172B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102377172B1 publication Critical patent/KR102377172B1/ko
Priority to DE102022125848.3A priority patent/DE102022125848A1/de
Priority to US17/938,348 priority patent/US20230113670A1/en
Priority to CN202211223611.3A priority patent/CN115954559A/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/392—Determining battery ageing or deterioration, e.g. state of health
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/32—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring the deformation in a solid
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/16—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge
    • G01B7/18—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. by resistance strain gauge using change in resistance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/367—Software therefor, e.g. for battery testing using modelling or look-up tables
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M10/4257—Smart batteries, e.g. electronic circuits inside the housing of the cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/293—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by the material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/409—Separators, membranes or diaphragms characterised by the material
    • H01M50/411—Organic material
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/396—Acquisition or processing of data for testing or for monitoring individual cells or groups of cells within a battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
    • H01M2010/4278—Systems for data transfer from batteries, e.g. transfer of battery parameters to a controller, data transferred between battery controller and main controller
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 발명의 일측면에 따르면 각형 또는 파우치형태로 형성되어 8개소가 묶음형태로 형성되는 배터리셀; 상기 배터리셀의 사이에 4.2t의 간격이 형성되도록 3개소에 배치되는 PU폼; 상기 배터리셀의 일측에 결합되는 스트레인게이지; 및 상기 배터리셀와 대응되는 개수로 형성되어 상기 배터리셀이 셀단위로 제어동작되도록 신호가 송출되는 CMC; 및 상기 스트레인게이지에서 송출되어 상기 CMC에 수신된 신호가 전달되어 BMS 소프트웨어 알고리즘에 의해 셀상태를 판단하고 상기 배터리셀의 동작신호가 송출되는 BMS; 를 포함하는 배터리 시스템 및 방법이 제공될 수 있다.

Description

스웰링현상이 감지 및 대응되는 배터리 시스템 및 방법{Battery system and method with swelling detection and corresponding to swelling}
본 발명은 자동차에 적용되는 배터리의 스웰링현상을 감지하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
화석연료 사용의 급격한 증가로 인하여 대체 에너지나 청정에너지의 사용에 대한 요구가 증가하고 있으며, 그 일환으로 가장 활발하게 연구되고 있는 분야가 전기화학을 이용한 발전, 축전 분야이다.
현재 이러한 전기화학적 에너지를 이용하는 전기 화학 소자의 대표적인 예로 배터리를 들 수 있으며, 점점 더 그 사용 영역이 확대되고 있는 추세이다.
최근에는 휴대용 컴퓨터, 휴대용 전화기, 카메라 등의 휴대용 기기에 대한 기술 개발과 수요가 증가함에 따라 에너지원으로서 배터리의 수요가 급격히 증가하여 사이클 수명이 길고 자기방전율이 낮은 리튬 배터리가 상용화되어 널리 사용되며 이에 대한 많은 연구가 수행되고 있다.
특히 파우치형 배터리는 고객 요구에 맞게 다양한 형태의 구조 변경이 가능하여 제품응용력이 뛰어나고, 금속캔 형태의 배터리케이스를 사용한 배터리에 비해 다품종 소량생산에 유리하다.
한편, 종래의 배터리 셀은 장시간 동안 고운 저장되거나 충전기나 전방 제어 회로 등의 고장으로 인한 과충전, 과방전 또는 내부 단락과 같은 이상 상황이 발생되는 경우, 전해질의 분해 또는 부반응에 기인한 스웰링 현상으로 부풀게 된다.
이와 같은 배터리 셀 스웰링 현상은 운전자가 사전에 인지할 수 있는 어떠한 장치가 없어 배터리 폭발로 인한 화재가 발생하여 재산 및 생명의 위험을 초래하고 있는 실정이다.
이와 같은 문제를 해결하기위해 여러가지 방식으로 스웰링현상을 감지하고 사고를 방지하고 있다. 일 예로, 공개특허 10-2019-0084775호에서는 효율적으로 냉각되는 구조로 변형되는 충진부가 구비된 배터리모듈을 개시하고 있다.
공개특허 제10-2019-0084775호(2019.07.17)
본 발명의 실시예들은 종래방식의 배터리의 스웰링현상을 감지하고 사고를 예방할 수 있는 배터리시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일측면에 따르면 각형 또는 파우치형태로 형성되어 8개소가 묶음형태로 형성되는 배터리셀; 상기 배터리셀의 사이에 소정 간격이 형성되도록 3개소에 배치되는 PU폼; 상기 배터리셀의 일측에 결합되는 스트레인게이지; 및 상기 배터리셀와 대응되는 개수로 형성되어 상기 배터리셀이 셀단위로 제어동작되도록 신호가 송출되는 CMC; 및 상기 스트레인게이지에서 송출되어 상기 CMC에 수신된 신호가 전달되어 BMS 소프트웨어 알고리즘에 의해 셀상태를 판단하고 상기 배터리셀의 동작신호가 송출되는 BMS; 를 포함하는 배터리 시스템 및 방법이 제공될 수 있다.
본 실시예들에 따른 배터리 셀 스웰링현상 감지 시스템은 전기차용 배터리의 충/방전 시 배터리 셀 내부의 구조적 변화발생으로 형성되는 배터리 셀 스웰링현상을 스트레인게이지를 교번 배치하여 감지하며 알고리즘에 의해 자동대응동작이 형성되어 사고가 예방될 수 있다.
도 1은 본 발명의 배터리셀 시스템 및 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 실시예의 배터리셀 시스템의 신호 전달과정을 도시화한 도면이다.
도 3은 CMC에 전달된 신호의 모니터링 화면을 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)는 본 발명의 시스템의 알고리즘에 적용되는 데이터를 나타낸 그래프이고 (b)는 알고리즘에 적용되는 데이터를 보정하는 수치를 나타낸 그래프이다.
도 5는 BMS소프트웨어 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 스웰링현상으로 감지되는 샘플링된 디지털신호이며 (b)는 스웰링현상으로 감지되지 않는 디지털신호를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 다만, 이하의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위해 제공되는 것이며, 본 발명의 범위가 이하의 실시예들에 한정되는 것은 아님을 알려둔다. 이하의 실시예들은 해당 기술 분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 공지의 구성에 대해서는 상세한 기술을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 배터리셀 시스템 및 단면을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예의 배터리셀 시스템은 각형 또는 파우치형태로 형성되는 배터리셀(100)을 포함할 수 있다.
배터리셀(100)은 리튬전지와 같은 전해질을 이용하여 전기가 발생되는 배터리가 될 수 있다. 배터리셀(100)은 복수개가 구비될 수 있다. 또한, 배터리셀(100)은 복수개가 바인더(110)에 의해 묶음 형태로 배치될 수 있다. 또한, 배터리셀(100)은 병렬형태 및 직렬형태로 연결되어 배터리팩(10)의 형태로 원하는 성능에 따라 변형되어 사용가능하게 될 수 있다. 이와 같은 배터셀(100)은 8개소에 적층된 형태로 배치될 수 있다.
또한, 배터리셀(100)은 PU폼접착면(101)을 구비할 수 있다. PU폼접착면(101)은 배터리셀(100)의 좌측 및 우측에 형성될 수 있다. PU폼접착면(101)은 배터리셀(100)의 양측면에 형성되며 표면거칠기가 매끈한정도가 될 수 있도록 정삭가공으로 형성될 수 있다. 또한, PU폼접착면(101)은 굴곡면이 없는 평탄한면으로 형성될 수 있다.
이와 같은 배터리셀(100)에 구비된 PU폼접착면(101)에는 PU폼(200)이 부착될 수 있다.
PU폼(200)은 각각의 배터리셀(100)이 이격될 수 있도록 복수개의 배터리셀(100)의 사이에 위치될 수 있다.
일 실시예로 PU폼(200)은 4개의 배터리셀(100)에 배치되는경우 3개소에 배치되어 각각의 배터리셀(100)에는 서로 간격이 형성될 수 있다. PU폼(200)은 시트형태로 형성될 수 있다.
또한, PU폼(200)은 소정두께로 형성되어 배터리셀(100)의 외부에서 작용되는 충격을 흡수하도록 형성될 수 있다. 이때, PU폼(200)의 두께는 차량의 운행 중 발생되는 진동에 의해 각각의 배터리셀(100)이 서로 접촉되는 현상이 방지될 수 있는 충분한 두께가 될 수 있다. 일 예로 PU폼(200)의 두께는 약 4.2t 가 될 수 있으나 이에 제한되지 않으며, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있는 두께로 충분히 가변 가능할 수 있다. 또한, PU폼(200)은 배터리셀(100)이 등간격으로 배치될 수 있도록 일정한 두께로 형성될 수 있다. 또한, PU폼(200)은 난연성재료로 형성될 수 있다. 또한, PU폼(200)은 배터리셀(100)의 일측에 접착제가 도포되거나 테이핑되어 결합될 수 있다.
본 실시예의 배터리셀 시스템은 배터리셀(100) 내지 PU폼(200)을 묶음형태로 형성하는 바인더(110)가 구비될 수 있다. 바인더(110)는 절연소재로 형성될 수 있다. 바인더(110)는 배터리셀(100)의 외측을 감싸는 배터리팩케이스(120)와 결합될 수 있다. 이때, 배터리팩케이스(120)는 배터리셀(100)에 PU폼(200)이 결합되지 않은 외측인 좌측 및 우측에 2개가 접촉되어 위치될 수 있다. 이와 같은 2개의 배터리팩케이스(120)의 외측에 형성된 바인더홈(110a)에 바인더(110)의 끝단이 결합되어 지지될 수 있다. 이때, 바인더(110)는 배터리셀(100)의 상측 및 하측에 한쌍이 구비되어 상측면 및 하측면에 접촉된 형태로 결합될 수 있다.
본 실시예의 배터리셀 시스템은 배터리셀(100)의 일측에 결합되는 스트레인게이지(300)를 포함할 수 있다. 스트레인게이지(300)는 필름형 스트레인게이지(300)의 형태가 될 수 있다. 스트레인게이지(300)는 소정면적으로 형성되어 위상변화가 감지될 경우 일측에 연장되어 돌출된 핀의 저항값이 가변되는 가변저항타입이 될 수 있다. 이와 같은 스트레인게이지(300)는 배터리셀(100)에 직접 접촉된 형태로 배치될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
일 예로 스트레인게이지(300)는 PU폼(200)에 함침된 형태로 배치될 수 있다. 스트레인게이지(300)는 PU폼(200)에 함침되는 경우 양측에 접촉되는 배터리셀(100)의 변화를 모두 감지할 수 있는 효과가 형성될 수 있다. 이때, 스트레인게이지(300)는 배터리셀(100)과 간격이 큰 경우 센싱의 민감도가 낮을 수 있으므로 배터리셀(100)과 간격이 크지 않도록 배치될 수 있다.
한편, 본 실시예의 배터리셀 시스템은 스트레인게이지(300)로부터 신호를 전달받는 CMC(Cell Management Controller)(400)를 포함할 수 있다.
도 2는 본 실시예의 배터리셀 시스템의 신호 전달과정을 도시화한 도면이다.
도 2를 참조하면, 배터리셀(100)의 위상변화에 의해 저항값이 변화된 스트레인게이지(300)는 CMC(400)에 신호가 전달될 수 있다. CMC(400)는 수신된 신호를 별도로 모니터링 할 수 있다.
도 3은 CMC에 전달된 신호의 모니터링 화면을 나타낸 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, CMC(400)는 감지된 신호가 모니터링 될 수 있다. 이때, 모니터링되는 신호는 스트레인게이지(300)에서 송출되는 아날로그신호가 ADC(420)를 거쳐 디지털신호로 변환된 값이 될 수 있다. 또한, CMC(400)는 전원이 공급이 DCDC컨버터(410)를 통해 CMC(400)에 사용되는 적정전압으로 전압이 변환되어 공급될 수 있다. 또한, CMC(400)는 ADC(420)를 거쳐 디지털화된 신호가 수신되어 처리하는 메인MCU(430)를 포함할 수 있다.
한편, 메인MCU(430)는 ADC(420)로부터 전달된 신호를 샘플링하여 도 3의 우측도면과 같은 알고리즘에 적용되는 Data로 변환하는 동작이 수행될 수 있다. 이때, 알고리즘은 배터리의 스웰링현상을 판단하게 되는 알고리즘이 될 수 있다. 이와 같이 알고리즘이 진행된 Data는 BMS 소프트웨어알고리즘에 의해 셀상태를 판단하는 BMS(500)로 전달될 수 있다.
도 4의 (a)는 본 발명의 시스템의 알고리즘에 적용되는 데이터를 나타낸 그래프이고 (b)는 알고리즘에 적용되는 데이터를 보정하는 수치를 나타낸 그래프이다.
도 4의 (a) 및 (b) 참조하면, CMC(400)에 감지된 신호의 모니터링 결과에서 온도가 상승되는 경우 데이터가 보정될 수 있다. 도 4의 (a) 그래프를 살펴보면, x축이 나타내는 시간축의 30 ~ 50초 구간에서 y축 피크값이 600으로 확인될 수 있다. 이때, 도 4의 (b) 그래프는 온도 30 ~ 50초 구간의 보정상황을 나타내고 있다. 도 4의 (b) 그래프는 우측상단에 온도가 54.3도씨로 나타나 좌측 그래프에 나타난 현재 온도에 비해 높은 온도임이 확인될 수 있다. 도 4의 (a) 및 (b)와 같이 스트레인게이지의 측정 부분에 온도변화가 발생되는 경우, 스트레인게이지에 의한 저항값의 측정값에는 변화가 발생되어 보정이 필요하게 될 수 있다. 이에 따라, 메인MCU(430)는 소프트웨어 알고리즘 로직에 의해 온도에 따라 가변되는 보정값을 적용하여 도 4의 (a)와 같이 모니터링하게 될 수 있다. 다시 말하면, 도 4의 (a)에 모니터링된 30 ~ 50초 구간에 피크값으로 나타난 600은 보정되지 않은 상태에서 720으로 수신된 값이 도 4의 (b)에서 도시된 수치인 약 120이 적용된 보정값이 될 수 있다. 이때, 적용되는 소프트웨어 알고리즘 로직에서 적용되는 보정값은 온도값을 변수로 하는 식에 의해 도출된 값이 될 수 있다. 이와 같은 보정값은 상이한 측정시간대에 동일한 위치에서 측정한 상이한 온도에서의 스트레인지 측정값을 이용해 보정하는 것이 될 수 있다.
배터리 시스템은 배터리셀의 충방전에 따라 온도변화가 형성될 수 있다. 이와 같은 경우 온도센서와 스트레인게이지(300)를 함께 구비하게되어 CMC(300)에서 온도센서에 감지된 온도에 따라 전술한 소프트웨어 알고리즘 로직에 의한 보정작업이 수행될 수 있다. 이에 따라, 온도 변화에 따라 스트레인 게이지가 오작동되는 현상을 방지하게 될 수 있다.
도 5는 BMS소프트웨어 알고리즘을 나타낸 순서도이다.
도 5를 참조하면, BMS 소프트웨어 알고리즘이 적용될 수 있도록, 배터리셀(100)이 부풀거나 수축될 경우 스트레인게이지(300)는 저항값이 변화될 수 있다. 이와 같이 변화된 저항값에 관한신호는 ADC(420)로 전달되어 디지털신호로 변환될 수 있다. 다음으로 ADC(420)에서 변환된 디지털신호는 CMC(400)에서 수신될 수 있다. 이때, CMC(400)는 수신된 디지털신호를 샘플링하게 될 수 있다. 샘플링된 신호는 BMS 소프트웨어 알고리즘이 진행될 수 있다. 알고리즘은 신호로 송수신된 변위값과 설정 Limit값을 비교하는 과정이 될 수 있다.
일 예로 신호값이 설정Limit값을 넘어설 경우 스웰링현상이 감지되었음이 확인될 수 있다. 이에 따라, BMS(500)는 스웰링현상에 대한 대응동작이 구현될 수 있도록 신호가 송출될 수 있다. 이와 같이 설정값 이상일 경우 스웰링현상 발생 초기단계로 판단되어 다음 단계가 진행될 수 있다.
도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 스웰링현상으로 감지되는 샘플링된 디지털신호이며 (b)는 스웰링현상으로 감지되지 않는 디지털신호를 나타낸 그래프이다.
도 5및 도 6의 (a)를 참조하면, 디지털신호값이 설정Limit값에 해당되는 도 5에 표기된 스웰링 Warning Limit를 초과하는 경우, 초과 상태가 설정시간동안 유지되는지 확인하는 과정이 진행될 수 있다. 디지털신호값이 설정Limit값에 초과되는 시간이 설정시간 이상으로 지속될 경우 스웰링현상으로 감지되어 BMS(500)는 자동대응동작이 구현될 수 있다. 이때, 설정시간은 배터리의 상태에 따라 문제가 발생될 가능성이 높은 시간으로 적절히 가변될 수 있다.
도 5및 도 6의 (b)를 참조하면, 신호값이 설정Limit값에 해당되는 도 5에 표기된 스웰링 Warning Limit를 초과되었으나, Limit초과시간이 설정시간을 넘지않는경우 정상작동되며 저항변화 감지단계로 진행될 수 있다. 이와 같은 동작은 배터리의 급속 충전 및 방전되는 상황에서 배터리 셀 면적의 10%정도의 스웰링이 발생될 수 있으나, 이는 일시적인 현상으로 배터리가 작동되는데 문제가 발생되지 않는다. 본 발명은 설정시간과 Limit초과시간을 비교하여 동작이 진행될 수 있도록 하여 문제가 발생되는 스웰링 현상과 충방전시 발생되는 일시적인 스웰링현상을 구분하여 동작 가능하게 될 수 있다.
BMS(500)에 형성되는 자동대응 동작은 일 예로 배터리의 전원관리가 될 수 있다. 자동대응 동작에 의해 구현되는 배터리의 전원관리는 스웰링이 판단될 경우 배터리의 충전량을 제한하거나 배터리팩의 전원을 차단하게 될 수 있다.
또 다른 예로, BMS(500)에 형성되는 자동대응 동작은 계기판 출력동작이 될 수 있다. 배터리스웰링현상이 감지되는 경우 BMS(500)는 자동차 계기판에 특정 형태의 기호를 점등하도록 동작신호가 전달될 수 있다. 이때, BMS(500)로 부터 동작신호를 전달받아 점등되는 기호는 계기판의 속도계 또는 계기판 중심부에 위치되어 점등될 수 있다. 이와 같은 점등신호에 의해 운전자는 차량의 이상여부가 육안으로 확인될 수 있어 사용자는 문제를 직관적으로 파악하게 될 수 있다.
삭제
삭제
이상 설명한 바, 본 실시예들에 따른 배터리 셀 스웰링현상 감지 시스템은 전기차용 배터리의 충/방전 시 배터리 셀 내부의 구조적 변화발생으로 형성되는 배터리 셀 스웰링현상을 스트레인게이지와 배터리셀을 교번 배치하여 스웰링 현상을 감지하며 알고리즘에 의해 자동대응동작이 형성되어 사고가 예방될 수 있다.
이상, 본 발명의 실시예들에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위내에 포함된다고 할 것이다.
100 : 배터리셀 200 : PU폼
300 : 스트레인게이지 400 : CMC
410 : DCDC컨버터 420 : ADC
430 : 메인MCU 500 : BMS

Claims (6)

  1. 각형 또는 파우치형태로 형성되어 8개소가 묶음형태로 형성되는 배터리셀(100);
    상기 배터리셀(100)의 사이에 소정의 간격이 형성되도록 3개소에 배치되며 차량진동에 의해 상기 배터리셀(100)의 접촉이 방지되는 소정두께로 형성되는 PU폼(200);
    상기 배터리셀(100)의 일측에 결합되는 스트레인게이지(300);
    상기 배터리셀(100)와 대응되는 개수로 형성되어 상기 배터리셀(100)이 셀단위로 제어동작되도록 상기 스트레인게이지로부터 신호를 수신해 MCU를 통해 변환 후 BMS(500)로 신호가 송출되는 CMC(400);를 포함하고
    상기 BMS(500)는
    상기 스트레인게이지(300)에서 송출되어 상기 CMC(400)에 수신된 신호가 전달되어 BMS 소프트웨어 알고리즘에 의해 셀상태를 판단하고 상기 배터리셀(100)의 동작신호가 송출되고
    상기 BMS 소프트웨어 알고리즘은
    상기 스트레인게이지(300)에서 변환된 저항값에 의해 상기 CMC(400)에 입력된 신호는 상기 BMS(500)에 전달되어 설정Limit값에 초과되는 시간이 설정시간 이상으로 지속되는 경우 스웰링형상으로 판단되어 자동대응동작이 구현되고, 상기 BMS(500)에 전달된 신호가 설정Limit값에 초과되는 시간이 설정시간을 넘지않는 경우 정상작동되는 배터리 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서
    상기 PU폼(200)은
    상기 배터리셀(100)이 등간격으로 배치될 수 있는 두께로 형성되어 상기 배터리셀(100)의 사이에 배치되는 배터리 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서
    상기 CMC(400)는
    상기 CMC(400)에 사용되는 적정 전압으로 전압이 변환되어 공급되는 DCDC 컨버터(410);
    스트레인게이지(300)에서 송출되는 아날로그신호를 디지털신호로 변환하여 신호가 송출되는 ADC(420); 및
    상기 DCDC 컨버터(410)의 전기를 공급받고 상기 ADC(420)로 부터 신호를 전달받아 처리하는 메인MCU(430); 를 포함하는 배터리 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서
    상기 메인MCU(430)는
    상기 BMS(500)와 통신되며
    상기 자동대응동작은
    배터리팩 전원관리 동작 또는 계기판의 속도계 또는 계기판 중심부에 위치된 기호가 점등되는 동작이 형성되도록 신호가 전달되는 배터리 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서
    상기 스트레인게이지(300)와 함께 온도센서가 구비되어 측정된 온도에 따라 상기 스트레인게이지(300)에서 측정된 저항값이 상기 CMC(400)에서 소프트웨어 알고리즘 로직에의해 보정값이 도출되어 적용된 값이 모니터링되며
    상기 소프트웨어 알고리즘 로직은
    온도값을 변수로 하는 식에 의해 보정값이 도출되는 배터리 시스템.
KR1020210133144A 2021-10-07 2021-10-07 스웰링현상이 감지 및 대응되는 배터리 시스템 및 방법 KR102377172B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210133144A KR102377172B1 (ko) 2021-10-07 2021-10-07 스웰링현상이 감지 및 대응되는 배터리 시스템 및 방법
DE102022125848.3A DE102022125848A1 (de) 2021-10-07 2022-10-06 Fahrzeugbatteriesystem und Verfahren zum Detektieren und Bewältigen eines Aufblähphänomens
US17/938,348 US20230113670A1 (en) 2021-10-07 2022-10-06 Vehicle battery system and method for detecting and coping with swelling phenomenon
CN202211223611.3A CN115954559A (zh) 2021-10-07 2022-10-08 用于检测及应对膨胀现象的车辆用电池系统及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210133144A KR102377172B1 (ko) 2021-10-07 2021-10-07 스웰링현상이 감지 및 대응되는 배터리 시스템 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102377172B1 true KR102377172B1 (ko) 2022-03-22

Family

ID=80991778

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210133144A KR102377172B1 (ko) 2021-10-07 2021-10-07 스웰링현상이 감지 및 대응되는 배터리 시스템 및 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230113670A1 (ko)
KR (1) KR102377172B1 (ko)
CN (1) CN115954559A (ko)
DE (1) DE102022125848A1 (ko)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060110576A (ko) * 2005-04-20 2006-10-25 주식회사 엘지화학 압전 센서가 내장된 이차전지 모듈
KR20190084775A (ko) 2018-01-09 2019-07-17 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR20200106378A (ko) * 2019-03-04 2020-09-14 주식회사 엘지화학 스웰링 흡수 및 열 차단 기능을 갖는 패드 복합체를 구비하는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20210033647A (ko) * 2019-09-19 2021-03-29 주식회사 아이디피 배터리의 이상징후 또는 열화 모니터링을 위한 시스템

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102546928B1 (ko) 2020-04-28 2023-06-23 주식회사 파루인쇄전자 고열전도성 절연 페이스트를 이용한 방열장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20060110576A (ko) * 2005-04-20 2006-10-25 주식회사 엘지화학 압전 센서가 내장된 이차전지 모듈
KR20190084775A (ko) 2018-01-09 2019-07-17 주식회사 엘지화학 배터리 모듈
KR20200106378A (ko) * 2019-03-04 2020-09-14 주식회사 엘지화학 스웰링 흡수 및 열 차단 기능을 갖는 패드 복합체를 구비하는 배터리 모듈, 이를 포함하는 배터리 팩 및 자동차
KR20210033647A (ko) * 2019-09-19 2021-03-29 주식회사 아이디피 배터리의 이상징후 또는 열화 모니터링을 위한 시스템

Also Published As

Publication number Publication date
CN115954559A (zh) 2023-04-11
DE102022125848A1 (de) 2023-04-13
US20230113670A1 (en) 2023-04-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9653724B2 (en) Secondary battery, and secondary battery module and secondary battery pack comprising the same
CN110370984A (zh) 动力电池热失控预警方法
TWI734880B (zh) 電池單元及電池組
KR100809453B1 (ko) 다병렬 및 다직렬 리튬 2차전지 팩의 충방전 모니터링시스템
EP2926402A1 (en) Battery control device, control method, control system and electric vehicle
KR101262029B1 (ko) 안전성이 향상된 전지팩
US10549640B2 (en) Mechanically amplified battery cell pressure sensor
EP4064510B1 (en) Battery charging control method and device
KR101053352B1 (ko) 배터리 제어 장치 및 방법
KR20220018832A (ko) 전기 차량용 배터리의 열폭주 감지 장치
EP3043441B1 (en) Battery management unit for preventing performance of erroneous control algorithm from communication error
KR102447552B1 (ko) 이차 전지 상태 검출 장치
KR102473230B1 (ko) 배터리 관리 장치 및 방법
KR102377172B1 (ko) 스웰링현상이 감지 및 대응되는 배터리 시스템 및 방법
KR20220049142A (ko) 전기 차량용 배터리의 열폭주 감지 장치
US11799144B2 (en) Apparatus for detecting thermal runaway of battery for electric vehicle
KR102287250B1 (ko) 배터리팩의 보호 방법 및 이를 위한 장치
KR20140140431A (ko) 이차전지의 내부압력 측정장치, 및 이를 사용하는 이차전지의 내부압력 측정방법
KR102321120B1 (ko) 배터리팩의 보호 방법 및 이를 위한 장치
KR102489543B1 (ko) 상변환 물질에 의해 배터리 온도의 급격한 변화를 제어할 수 있는 배터리 장치 및 그를 이용한 배터리 장치 운전 방법
US20160141729A1 (en) Protection apparatus for rechargeable battery and protection method for rechargeable battery using the same
CN220692112U (zh) 电池、用电装置和电池单体组的压力检测装置
EP4283758A1 (en) Battery module with pressure sensor for thermal runaway detection
KR20110037378A (ko) 보호회로〔ｂｍｓ〕를 사용한 리튬이온이차전지팩 및 스웰링검출수단
JP2010046785A (ja) 電動ドライバ、電池パックおよび残容量検出システム

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant